摘 要：井塔是一個(gè)礦井地面提升系統(tǒng)的重要組成部分，為保證井塔的設(shè)計(jì)安全，文章結(jié)合準(zhǔn)東二號(hào)礦井副井井塔實(shí)際施工條件，總結(jié)了多繩提升井塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載種類、取值方法，以及不同荷載組合方法。該礦井塔按設(shè)計(jì)建成后，性能良好，保證了整個(gè)礦井的順利運(yùn)轉(zhuǎn)，此研究成果對(duì)類似設(shè)計(jì)的開展具有一定的參考價(jià)值。 

　　關(guān)鍵字：多繩提升井塔；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；荷載種類；荷載取值 

　　中圖分類號(hào)：S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 　 

　　井塔是礦井地面提升系統(tǒng)的重要組成部分，主要負(fù)責(zé)運(yùn)輸人員、材料、設(shè)備等等，保證井塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全，對(duì)整個(gè)礦井的運(yùn)行有著十分重要的意義。設(shè)計(jì)過程中，合理的荷載選取是確保結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵因素之一，但是，由于井塔內(nèi)部設(shè)備種類及布置復(fù)雜，井塔高度大，結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，造成荷載種類繁多，荷載組合呈現(xiàn)多樣性，井塔設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)常出現(xiàn)荷載遺漏、選取不合理等現(xiàn)象。因此，如何確保荷載選取的合理性，具有非常重要的研究意義。 

　　1 工程概況 

　　準(zhǔn)東二號(hào)礦井位于奇臺(tái)縣城北140千米處，行政區(qū)劃屬奇臺(tái)縣管轄。本區(qū)屬大陸干旱荒漠氣候，晝夜溫差較大。區(qū)內(nèi)經(jīng)常有7－8級(jí)大風(fēng)伴有強(qiáng)大的沙塵暴天氣。最大凍土深度為1.50米。本場(chǎng)區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g，設(shè)計(jì)分組第二組。 

　　副井井塔軸線尺寸24m×24m，總建筑面積4420m2，建筑體積30955m3；建筑層數(shù)、地上七層（局部八層），建筑高度51.900m ；結(jié)構(gòu)形式為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)使用年限為50年，耐火等級(jí)為二級(jí)。井塔34.800m層（提升機(jī)大廳層）平面圖見圖1。 

　　 

　　圖1井塔34.800m層（提升機(jī)大廳層）平面圖 

　　2 荷載選取 

　　2.1設(shè)備及其參數(shù)取值 

　�。�1）大罐提升設(shè)備：JKM-4.5×6塔式多繩提升機(jī)一臺(tái)，配2600kW，38.2r/min交流電動(dòng)機(jī)。提升速度9.0m/s。 

　�。�2）提升數(shù)據(jù)：鋼絲繩 50 ZBB 6×28+FC 1770 ZZ/SS各3根，單重10.31m/s,，總長(zhǎng)580m，總重36t。 

　　（3）扁尾繩 P8×4×19-216×34-1370，qk=21.2kg/m ，2根；P8×4×19-206×33-1370，qk=19.5kg/m，1根�？傞L(zhǎng)565m，總重35t。 

　�。�4）每根繩最小鋼絲破斷拉力總和1960kN， 

　　鋼絲繩與主輪間的圍包角：188.534°； 

　　提升鋼絲繩最大靜張力：Smax=1500kN； 

　　提升鋼絲繩最大靜張力差：440kN； 

　　提升鋼絲繩最小靜張力：Smin=1500-440=1060 kN； 

　　提升罐籠自重(包括首尾繩懸掛裝置及配重重量)：54t ； 

　　罐籠最大載重：45t； 

　　導(dǎo)向輪重量24t，提升機(jī)重量130t，電機(jī)重量74t，電機(jī)定子重量29t；電機(jī)轉(zhuǎn)子重量36t。 

　　2.2荷載計(jì)算 

　　1）屋面荷載： 

　　屋面自重：包括屋面做法、預(yù)制槽板、鋼桁架合計(jì)：Gk＝5.48kN/m2 

　　活荷載：Qk＝0.75kN/m2（雪荷載） 

　　鋼桁架作滑模平臺(tái)用，桁架計(jì)算荷載：自重3.0kN/m2；活載2.0 kN/m2 

　　2）樓面自重荷載： 

　　(1)120mm厚水泥樓面自重 

　　Gk＝25×0.12＋1.0＝4 kN/m2 

　　(2)150mm厚水泥樓面自重Gk＝5 kN/m2 

　　(3)200mm厚水泥樓面自重Gk＝6 kN/m2 

　　(4)200mm厚地磚樓面（防水地磚樓面）：自重Gk＝8 kN/m2 

　　(5)200mm厚防靜電樓面自重Gk＝7 kN/m2 

　　(6) 200mm厚石材樓面自重Gk＝7 kN/m2 

　　3）樓面活載： 

　　(1)提升機(jī)大廳：提升機(jī)安裝、檢修區(qū)：25.0 kN/m2 ，準(zhǔn)永久值系數(shù)：0.85；其余區(qū)域：6.0 kN/m2 ，準(zhǔn)永久值系數(shù)：0.8。 2.0 kN/m2 ，準(zhǔn)永久值系數(shù)：0.85（當(dāng)按斷繩荷載計(jì)算提升機(jī)大廳的提升機(jī)支承梁時(shí)，對(duì)無設(shè)備區(qū)域的樓面，其中提升機(jī)包括主軸裝置、減速機(jī)、電動(dòng)機(jī)） 

　　(2)導(dǎo)向輪層及有設(shè)備的樓層：6.0 kN/m2 ， 準(zhǔn)永久值系數(shù)：0.8； 30.0 kN/m2 ，準(zhǔn)永久值系數(shù)：0.5（導(dǎo)向輪層吊裝、安裝區(qū)域） 

　　(3)其它樓層：4.0 kN/ m2 ，準(zhǔn)永久值系數(shù)：0.5 

　　(4)樓梯、走廊、門廳：2.5 kN/ m2 ，準(zhǔn)永久值系數(shù)：0.3 

　　(5)當(dāng)計(jì)算壁板、框架和基礎(chǔ)時(shí)，各樓層活載均按4.0kN/ m2取值，而不再分層折減。 

　　4）地面活荷載：10.0 kN/ m2 ，準(zhǔn)永久值系數(shù)：0.85；吊裝孔、箕斗存放位置：20.0 

　　kN/ m2 ； 

　　5）風(fēng)壓：W0=0.6kN/ m2，準(zhǔn)永久值系數(shù)：0.0 

　　6）雪壓： W0=0.75kN/ m2，準(zhǔn)永久值系數(shù)：0.2 

　　7）墻體：外墻：400厚輕質(zhì)砼砌塊，抹灰刷涂料內(nèi)墻：q=12×0.40+20×0.023×2=5.8kN/ m2 

　　內(nèi)墻：200厚輕質(zhì)砼砌塊，抹灰刷涂料內(nèi)墻：q=12×0.20+20×0.023×2=3.3kN/ m2 

　　玻璃幕墻：1.0kN/ m2 

　　8）樓層梁活荷載及偶然荷載： 

　　罐籠荷載計(jì)算： 

　　提升側(cè)全部鋼絲繩拉斷力T=1960×1.177×0.85×6=11760kN 見《礦山井架設(shè)計(jì)規(guī)范》 

　　(1)提升機(jī)工作荷載：N＝1.5(Smax×2) =1.5×(1500×2) =4500kN 

　　P1k=4500×0.4009（0.5991）=1804（2696）kN 

　　(2)提升機(jī)斷繩荷載：P＝1.5T＝1.5×11760＝17640kN 

　　注意偶然荷載不乘分項(xiàng)系數(shù) P1=17640×0.45（0.55）/1.4=5670（6930）kN 

　　(3)電機(jī)工作荷載：N＝1.3Q/2±MA/l1=1.3×740/2±650/4.46＝626（336）kN 

　　其中Q----電動(dòng)機(jī)設(shè)備自重MA ----電動(dòng)機(jī)額定扭矩 l2 ----電動(dòng)機(jī)支座距離 

　�。�4）電機(jī)斷繩荷載：定子部分＝1.3Q/2±2.5MA/l1=1.3×740/2±2.5×650/4.46＝845(117)kN 

　　注意偶然荷載不乘分項(xiàng)系數(shù)845(117)/1.4＝603(83) 

　　(5)導(dǎo)向輪工作荷載： 

　　Px=PsinØ=4500×sin8.534º=670kN 

　　Py=P(1-cosØ)= 4500×(1-cos8.534º)=50kN 

　　對(duì)導(dǎo)向輪支承梁的彎矩MD=Px（h1+h3/2）=670/2×(2.75＋1.5/2)＝1180 kN.m 

　　對(duì)提升機(jī)支承梁的彎矩MM=Px（h2+h4/2）=670/2×(1.2＋4/2)＝1070 kN.m 

　　導(dǎo)向輪斷繩荷載 

　　Px=PsinØ=17640×sin8.534º=2618kN 

　　Py=P(1-cosØ)= 17640×(1-cos8.534º)=195kN 

　　(Px1=2618/2=1310kN) 

　　對(duì)導(dǎo)向輪支承梁的彎矩MD=Px（h1+h3/2）=1310×(2.75＋1.5/2)＝4590 kN.m 

　　對(duì)提升機(jī)支承梁的彎矩MM=Px（h2+h4/2）=1310×(1.2＋4/2)＝4190 kN.m 

　　(6)罐道系統(tǒng)荷載： 

　�、俟薜懒核�平荷載QHk=Q提升2=4500/12 

　　=375 kN 

　　罐道梁垂直荷載QHk=QHk/4=375/4=94 kN（向上） 

　�、趦�(nèi)套架重按1t/m計(jì)算 

　�、鄯雷擦汉奢d（向上）：A3k=4.0 Smax =4×1500=6000kN（向上） 

　　注意偶然荷載不乘分項(xiàng)系數(shù) 

　�、軘嗬K后托罐荷載（向下）：A5k=5.0 Smax =5×1500=7500kN 

　　3 整體結(jié)構(gòu)計(jì)算 

　　3.1技術(shù)參數(shù)選取 

　　結(jié)構(gòu)構(gòu)件重要性系數(shù)：1.1；抗震設(shè)防烈度：7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度0.1g，設(shè)計(jì)地震第二組；建筑抗震設(shè)防類別屬乙類，抗震等級(jí)均提高一級(jí)，框架結(jié)構(gòu)為二級(jí)，剪力墻為一級(jí)；梁彎距調(diào)幅系數(shù)：0.85；地震周期折減系數(shù)：0.9。斜交抗側(cè)力構(gòu)件方向附加地震數(shù)：1，相應(yīng)角度90°。考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)、偶然偏心，單偏壓計(jì)算。建筑場(chǎng)地屬I類。 

　　3.2荷載系數(shù)選取 

　　斷繩荷載：分項(xiàng)系數(shù)為1.0。斷繩荷載組合中不考慮地震荷載。斷繩荷載傳力范圍有限，設(shè)計(jì)中，直接支承梁及框架主梁按 

　　100％，直接支承柱按70％，其它層梁柱均不予考慮 

　　托罐荷載：分項(xiàng)系數(shù)為1.0。與導(dǎo)向輪、提升機(jī)、電動(dòng)機(jī)工作荷載組合，不考慮地震荷載 

　　3.3 SATWE計(jì)算結(jié)果分析 

　�。�1）結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定驗(yàn)算結(jié)果： 

　　X向剛重比 EJd/GH*2=25.13 

　　Y向剛重比 EJd/GH*2=27.90 

　　該結(jié)構(gòu)剛重比EJd/GH*2大于1.4,能夠通過《高規(guī)》(5.4.4)的整體穩(wěn)定驗(yàn)算 

　　該結(jié)構(gòu)剛重比EJd/GH*2大于2.7,可以不考慮重力二階效應(yīng) 

　　（2）Tt/T1=0.1607/0.8984=0.179<0.9，可以《高規(guī)》(3.4.5) 

　�。�3）X向水平地震作用下，1層剪重比2.66% > 1.60%，抗震規(guī)范(4.3.12)條，滿足； 

　　X方向的有效質(zhì)量系數(shù)：90.86%>90%，滿足《高規(guī)》(5.1.13)； 

　　Y向水平地震作用下，1層剪重比2.81% >1.60%，抗震規(guī)范(4.3.12)條，滿足； 

　　Y方向的有效質(zhì)量系數(shù)：93.97% >90%，滿足。 

　　 (4)Y方向最大值層間位移角：1/4178>1/800，滿足。 

　　樓層的最大位移比1.25，都不高于《高規(guī)》限值1.5，不屬于剛度和質(zhì)量明顯不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，不需要選擇雙向地震作用。 

　　(5)查看WMASS.OUT文件，樓層與上一層的承載力之比，第11層X向最小0.62<0.65，《高規(guī)》3.5.3，明顯屬于豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)，應(yīng)將第11層設(shè)為薄弱層。 

　　井塔上部結(jié)構(gòu)確定后，再基于PKPM中JCCAD設(shè)計(jì)軟件，確定基礎(chǔ)布置形式，最終形成準(zhǔn)東二號(hào)礦井副井井塔設(shè)計(jì)方案。準(zhǔn)東二號(hào)礦井根據(jù)此設(shè)計(jì)方案，順利完成了井塔建設(shè)。 

　　4 結(jié)論 

　　1）總結(jié)了多繩提升井塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載種類、取值方法，以及不同荷載組合方法。 

　　2）設(shè)計(jì)過程中，荷載選取合理，井塔建成后，性能良好，保證了整個(gè)礦井的順利運(yùn)轉(zhuǎn)。 　 

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